java - tipo - Tarea: ¿Cómo escribir multiplicación propia de grandes números?
tipo de dato para numeros largos en java (11)
En mi proyecto, tengo que lidiar con la multiplicación de grandes números (mayor que java.long) que vi en mi propia clase BigNumber como int[] . Básicamente necesito implementar algo como esto:
157 x
121 y
----
157 result1
314 + result2
157 + result3
------
18997 finalResult
¿Pero como lo implemento?
Pensé en expandir el resultado 2,3 con ceros (3140, 15700) y agregarlos. Pero primero de alguna manera necesito navegar entre cada dígito de y y multiplicarlo por cada dígito de x.
Aquí está el código que había escrito. Básicamente lo mismo que la multiplicación manual. Pase los dos grandes números como cadenas a esta función, el resultado se devuelve como una cadena.
public String multiply(String num1, String num2){
int product, carry=0, sum=0;
String result = new String("");
String partial = new String("");
ArrayList<String> partialList = new ArrayList<String>();
/* computing partial products using this loop. */
for(int j=num2.length()-1 ; j>=0 ; j--) {
for(int i=num1.length()-1 ; i>=0 ; i--) {
product = Integer.parseInt((new Character(num1.charAt(i))).toString()) *
Integer.parseInt((new Character(num2.charAt(j))).toString()) + carry;
carry = product/10;
partial = Integer.toString(product%10) + partial;
}
if(carry != 0)
partial = Integer.toString(carry) + partial;
partialList.add(partial);
partial = "";
carry = 0;
}
/* appending zeroes incrementally */
for(int i=0 ; i<partialList.size() ; i++)
partialList.set(i, partialList.get(i) + (Long.toString( (long)java.lang.Math.pow(10.0,(double)i))).substring(1) );
/* getting the size of the largest partial product(last) */
int largestPartial = partialList.get(partialList.size()-1).length();
/* prefixing zeroes */
int zeroes;
for(int i=0 ; i<partialList.size() ; i++) {
zeroes = largestPartial - partialList.get(i).length();
if(zeroes >= 1)
partialList.set(i, (Long.toString( (long)java.lang.Math.pow(10.0,(double)zeroes))).substring(1) + partialList.get(i) );
}
/* to compute the result */
carry = 0;
for(int i=largestPartial-1 ; i>=0 ; i--) {
sum = 0;
for(int j=0 ; j<partialList.size() ; j++)
sum = sum + Integer.parseInt(new Character(partialList.get(j).charAt(i)).toString());
sum = sum + carry;
carry = sum/10;
result = Integer.toString(sum%10) + result;
}
if(carry != 0)
result = Integer.toString(carry) + result;
return result;
}
Como esto es para la tarea, daré algunos consejos.
Puede acercarse a él de la misma manera que muestra su ejemplo, utilizando cadenas para guardar números de cualquier longitud e implementando:
- añadir un número a otro
- multiplique como su ejemplo agregando ceros y llamando al método de suma por paso (así que para multiplicar con 20, agregue el "0" y agregue ese número dos veces)
El método de adición que puede compilar recuperando el char [] de las cadenas, asigne un char resultante [] que es 1 más largo que el más largo y agregue como lo haría en papel desde el final hasta el inicio de ambas matrices.
El resultado final no será la solución de mejor rendimiento, pero es fácil mostrar que es correcto y manejará cualquier número de longitud (siempre que se ajuste a una cadena Java).
Actualizar
Ok, si resolviste agregar dos números, podrías:
- implementar la multiplicación por 10
- Implementar multiplicación por suma repetida como en tu ejemplo.
o:
- implementar la multiplicación por 2 (desplazamiento a la izquierda)
- implementar una multiplicación binaria a través del mismo concepto, solo que esta vez x 2 y sumar una vez
para ilustrar este último,
13
5 x
----
13 x 1
26 x 0
52 x 1
---- +
65
tenga en cuenta que los 1 0 1 son los bits en el número (5) con los que se multiplica y 26 = 13 x 2, 52 = 26 x 2. Se obtiene la idea :-)
Creo que esto te ayudará
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Multiply {
static int len;
public static void main(String[] args) {
System.out.println(multiply("123456789012345678901","123456789012345678901");
}
private static ArrayList<Integer> addTheList(List<ArrayList<Integer>> myList) {
ArrayList<Integer> result=new ArrayList<>();
for(int i=0;i<len;i++)
{
result.add(0);
}
int index=0;
for(int i=0;i<myList.size();i++)
{
ArrayList<Integer> a=new ArrayList<>(myList.get(index));
ArrayList<Integer> b=new ArrayList<>(myList.get(index+1));
for (int j = 0; j < a.size()||j < b.size(); i++) {
result.add(a.get(i) + b.get(i));
}
}
return result;
}
private static ArrayList<Integer> multiply(ArrayList<Integer> list1, Integer integer) {
ArrayList<Integer> result=new ArrayList<>();
int prvs=0;
for(int i=0;i<list1.size();i++)
{
int sum=(list1.get(i)*integer)+prvs;
System.out.println(sum);
int r=sum/10;
int m=sum%10;
if(!(r>0))
{
result.add(sum);
}
else
{
result.add(m);
prvs=r;
}
if(!(i==(list1.size()-1)))
{
prvs=0;
}
}
if(!(prvs==0))
{
result.add(prvs);
}
return result;
}
private static ArrayList<Integer> changeToNumber(String str1) {
ArrayList<Integer> list1=new ArrayList<>();
for(int i=0;i<str1.length();i++)
{
list1.add(Character.getNumericValue(str1.charAt(i)));
}
return list1;
}
public static String multiply(String num1, String num2) {
String n1 = new StringBuilder(num1).reverse().toString();
String n2 = new StringBuilder(num2).reverse().toString();
int[] d = new int[num1.length()+num2.length()];
//multiply each digit and sum at the corresponding positions
for(int i=0; i<n1.length(); i++){
for(int j=0; j<n2.length(); j++){
d[i+j] += (n1.charAt(i)-''0'') * (n2.charAt(j)-''0'');
}
}
StringBuilder sb = new StringBuilder();
//calculate each digit
for(int i=0; i<d.length; i++){
int mod = d[i]%10;
int carry = d[i]/10;
if(i+1<d.length){
d[i+1] += carry;
}
sb.insert(0, mod);
}
//remove front 0''s
while(sb.charAt(0) == ''0'' && sb.length()> 1){
sb.deleteCharAt(0);
}
return sb.toString();
}
}
He implementado esto en C ++. refiérase a esto para la lógica ...
#include <iostream>
#include <deque>
using namespace std;
void print_num(deque<int> &num) {
for(int i=0;i < num.size();i++) {
cout<<num[i];
}
cout<<endl;
}
deque<int> sum(deque<int> &oppA, deque<int> &oppB) {
if (oppA.size() == 0) return oppB;
if (oppB.size() == 0) return oppA;
deque<int> result;
unsigned int carry = 0;
deque<int>::reverse_iterator r_oppA = oppA.rbegin();
deque<int>::reverse_iterator r_oppB = oppB.rbegin();
while ((r_oppA != oppA.rend()) && (r_oppB != oppB.rend())) {
int tmp = *r_oppA + *r_oppB + carry;
result.push_front(tmp % 10);
carry = tmp / 10;
r_oppB++;
r_oppA++;
}
while (r_oppA != oppA.rend()) {
int tmp = *r_oppA + carry;
result.push_front(tmp % 10);
carry = tmp / 10;
r_oppA++;
}
while (r_oppB != oppB.rend()) {
int tmp = *r_oppB + carry;
result.push_front(tmp % 10);
carry = tmp / 10;
r_oppB++;
}
return result;
}
deque<int> multiply(deque<int>& multiplicand, deque<int>& multiplier) {
unsigned int carry = 0;
deque<int> result;
int deci_cnt = 0;
deque<int>::reverse_iterator r_multiplier = multiplier.rbegin();
deque<int> tmp_result;
while (r_multiplier != multiplier.rend()) {
for (int i=0; i<deci_cnt ;i++) {
tmp_result.push_front(0);
}
deque<int>::reverse_iterator r_multiplicand = multiplicand.rbegin();
while (r_multiplicand != multiplicand.rend()) {
int tmp = (*r_multiplicand) * (*r_multiplier) + carry;
tmp_result.push_front(tmp % 10);
carry = tmp / 10;
r_multiplicand++;
}
if (carry != 0) {
tmp_result.push_front(carry);
carry = 0;
}
result = sum(result, tmp_result);
deci_cnt++;
tmp_result.clear();
r_multiplier++;
}
return result;
}
deque<int> int_to_deque(unsigned long num) {
deque<int> result;
if (num == 0) {
result.push_front(0);
}
while (num > 0) {
result.push_front(num % 10);
num = num / 10;
}
return result;
}
int main() {
deque<int> num1 = int_to_deque(18446744073709551615ULL);
deque<int> num2 = int_to_deque(18446744073709551615ULL);
deque<int> result = multiply(num1, num2);
print_num(result);
return 0;
}
Salida: 340282366920928463426481119284349108225
Me gustaría evitar los dolores de cabeza de escribir el tuyo y solo usar la clase java.math.BigInteger . Debe tener todo lo que necesitas.
Puede consultar la siguiente solución que nos enseña tanto la multiplicación como la suma de números más grandes. Por favor comenta si se puede mejorar.
public static void main(String args[]) {
String s1 = "123666666666666666666666666666666666666666666666669999999999999999999999999666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666";
String s2 = "45688888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888888";
System.out.println(multiply(s1, s2));
}
private static String multiply(String s1, String s2) {
int[] firstArray = convert(s1);
int[] secondArray = convert(s2);
//System.out.println(Arrays.toString(firstArray));
//System.out.println(Arrays.toString(secondArray));
// pass the arrays and get the array which is holding the individual
// rows while we multiply using pen and paper
String[] result = doMultiply(firstArray, secondArray);
//System.out.println(Arrays.toString(result));
// Now we are almost done lets format them as we like
result = format(result);
//System.out.println(Arrays.toString(result));
//Add elements now and we are done
String sum="0";
for(String s:result){
sum=add(sum,s);
}
return sum;
}
private static String[] doMultiply(int[] firstArray, int[] secondArray) {
String[] temp = new String[secondArray.length];
for (int i = secondArray.length - 1; i >= 0; i--) {
int result = 0;
int carry = 0;
int rem = 0;
temp[secondArray.length - 1 - i] = "";
for (int j = firstArray.length - 1; j >= 0; j--) {
result = (secondArray[i] * firstArray[j]) + carry;
carry = result / 10;
rem = result % 10;
temp[secondArray.length - 1 - i] = rem
+ temp[secondArray.length - 1 - i];
}
// if the last carry remains in the last digit
if (carry > 0)
temp[secondArray.length - 1 - i] = carry
+ temp[secondArray.length - 1 - i];
}
return temp;
}
public static int[] convert(String str) {
int[] arr = new int[str.length()];
for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
arr[i] = Character.digit(str.charAt(i), 10);
}
return arr;
}
private static String[] format(String[] result) {
for (int i = 0; i < result.length; i++) {
int j = 0;
while (j < i) {
result[i] += "0";
j++;
}
}
return result;
}
public static String add(String num1, String num2) {
//System.out.println("First Number :" + num1);
//System.out.println("Second Number :" + num2);
int max = num1.length() > num2.length() ? num1.length() : num2.length();
int[] numArr1 = new int[max];
int[] numArr2 = new int[max];
for (int i = 0; i < num1.length(); i++) {
numArr1[i] = Integer.parseInt(""
+ num1.charAt(num1.length() - 1 - i));
}
for (int i = 0; i < num2.length(); i++) {
numArr2[i] = Integer.parseInt(""
+ num2.charAt(num2.length() - 1 - i));
}
int carry = 0;
int[] sumArr = new int[max + 1];
for (int k = 0; k < max; k++) {
int tempsum = numArr1[k] + numArr2[k] + carry;
sumArr[k] = tempsum % 10;
carry = 0;
if (tempsum >= 10) {
carry = 1;
}
}
sumArr[max] = carry;
/* System.out.println("Sum :"
+ new StringBuffer(Arrays.toString(sumArr)).reverse()
.toString().replaceAll(",", "").replace("[", "")
.replace("]", "").replace(" ", ""));*/
return new StringBuffer(Arrays.toString(sumArr)).reverse().toString()
.replaceAll(",", "").replace("[", "").replace("]", "")
.replace(" ", "");
}
Separando el acarreo y la multiplicación de dígitos:
def carries(digitlist):
digitlist.reverse()
for idx,digit in enumerate(digitlist):
if digit>9:
newdigit = digit%10
carry = (digit-newdigit)/10
digitlist[idx] = newdigit
if idx+1 > len(digitlist)-1:
digitlist.append(carry)
else:
digitlist[idx+1] += carry
digitlist.reverse()
return True
def multiply(first,second):
digits = [0 for place in range(len(first)+len(second))]
for fid,fdig in enumerate(reversed(first)):
for sid,sdig in enumerate(reversed(second)):
offset = fid+sid
mult = fdig*sdig
digits[offset] += mult
digits.reverse()
carries(digits)
return digits
def prettify(digitlist):
return ''''.join(list(`i` for i in digitlist))
Entonces podemos llamarlo:
a = [1,2,3,4,7,6,2]
b = [9,8,7,9]
mult = multiply(a,b)
print prettify(a)+"*"+prettify(b)
print "calc:",prettify(mult)
print "real:",int(prettify(a))*int(prettify(b))
Rendimientos:
1234762*9879 calc: 12198213798 real: 12198213798
Por supuesto, los 10 en la función de carries y la representación decimal implícita en prettify son lo único que requiere que esto sea base 10. Agregar un argumento podría hacer que esta base n, por lo que podría cambiar a base 1000 para reducir los números de bloques y acelerar el cálculo.
Utilice el enfoque diagonal. Haz una matriz y multiplica cada dígito por cada otro dígito y completa los números en cada celda.
36 x 92
3 6
+-----+-----+
| 2 / | 5 / |
9 | / | / |
| / 7 | / 4 |
+-----+-----+
| 0 / | 1 / |
2 | / | / |
| / 6 | / 2 |
+-----+-----+
Suma los números en cada diagonal. Mueva desde el dígito menos significativo (en la parte inferior derecha) hasta el máximo (parte superior izquierda).
2 2 (least-significant)
(6 + 1 + 4) = 11 (make this 1, and carry the 1 to the next digit) 1
(5 + 7 + 0 + 1(carried)) = 13 (make this 3, and carry the 1) 3
2 + 1(carried) = 3 3 (most-significant)
La respuesta es 3312.
Haz una matriz bidimensional de tus dígitos. Rellena la matriz con las multiplicaciones de los dígitos individuales juntos.
Escribe algo de lógica para raspar las diagonales como lo hice arriba.
Esto debería funcionar para números arbitrariamente grandes (siempre y cuando aún le quede memoria).
Vas a tener que tratar cada int en la matriz como un solo "dígito". En lugar de usar la base 10 donde cada dígito va de 0 a 9, tendrá que usar la base 2 ^ 32 = 4294967296, donde cada dígito va de 0 a 4294967295.
Primero implementaría la suma, ya que su algoritmo de multiplicación podría usar la suma como auxiliar.
Ya que esto es tarea ... ¿Estás seguro de que usar una matriz int es tu mejor opción?
Intenté implementar algo similar hace un año para el rendimiento en una investigación
proyecto, y terminamos yendo con primitivas concatenadas .
Usando esto, puede aprovechar lo que ya está allí, y "solo" tiene que preocuparse por los desbordamientos cerca de los extremos. Esto podría resultar bastante simple cuando implemente su multiplicación con << ''s (bit shift lefts) y adiciones. .
Ahora, si quieres un verdadero desafío, intenta implementar un módulo ...;)
lo hice a mi manera
int bigger = t1.length;
int smaller = t2.length;
int resultLength = bigger + smaller;
int []resultTemp = new int[resultLength];
int []result = new int[bigger + smaller];
int []temporary = new int[resultLength+1];
int z = resultLength-1;
int zet = z;
int step = 0;
int carry = 0;
int modulo = 0;
for(int i=smaller-1; i>=0; i--){
for(int k = bigger-1; k>= -1; k--){
if(k == -1 && carry != 0 ){
resultTemp[z] = carry;
carry = 0;
break;
}
else if(k == -1 && carry == 0){
resultTemp[z] = 0;
break;
}
resultTemp[z] = carry + t1[k]*t2[i];
carry = 0;
if( resultTemp[z] > 9 ){
modulo = resultTemp[z] % 10;
carry = resultTemp[z]/10;
resultTemp[z] = modulo;
}
else{
resultTemp[z] = resultTemp[z];
}
z--;
}
temporary = add(resultTemp, result);
result = copyArray(temporary);
resultTemp = clear(resultTemp);
z = zet;
step++;
z = z - step;
}
Luego reviso el cartel.